CN1412138A - 光纤拉制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于光纤拉制的方法，该方法包括：利用如下的拉制装置，在该装置中，用于自光纤预型热拉制的拉伸熔炉的出口与绞盘和滑轮之间的距离不小于14m，而垂直拉制的光纤在绞盘或滑轮处其方向改变为朝向卷绕装置；在拉制熔炉的出口和布置在出口之下的光线冷却器之间设置不小于1.5m的自然冷却空间，在该空间内围绕光纤不产生强制气流，从而使得光纤自然冷却；由光纤冷却器冷却光纤；以及用树脂涂覆光纤。

Description

光纤拉制方法
技术领域
本发明涉及一种光纤拉制方法。
背景技术
图5示出通常在传统光纤拉制方法中使用的拉制装置。光纤预型1插入配备有加热器4的拉制熔炉3的马弗炉管(muffle tube)5中，而光纤预型1的前端部在1900到2200℃下加热并软化。通过拉制而获得的光纤2从拉制熔炉3中抽出，然后，其外径由外径测量装置7测量。在光纤2用光纤冷却器8冷却到允许涂覆的温度后，树脂用涂覆装置9施加到光纤2的外周上。树脂通过树脂固化装置10固化，而光纤2借助于绞盘或滑轮11馈送，而由卷绕装置12卷绕在线架上。
如图所示，例如在图6中，氦冷却器用作光纤冷却器8，在该冷却器中，传热系数高的氦气围绕光纤2流动。光纤2通过其穿过的冷却气缸15配备有用于流过这个气缸的冷却气体—氦气的供给口和排出口。光纤冷却器8具有护套结构，而冷却水在护套内流动。
由于近来对光纤的需求增长，光纤拉制已经成为利用大尺寸光纤预型以不低于20m/sec的高速进行，以便以低成本大规模生产光纤。这种高速光纤拉制需要不短于6m的足够的光纤冷却长度，从而一般使用拉制熔炉出口和绞盘或滑轮之间的距离不小于14m的拉制装置，垂直拉制的光纤在绞盘或滑轮处将其方向变化为朝向卷绕装置。
当离开拉制熔炉的光纤暴露于包含大量灰尘的环境中较长时间段时，会使得灰尘等粘附到光纤上，导致光纤的机械强度和传输特性恶化。从而，在高速拉制过程中，需要有效地利用拉制装置的高度，以用于光纤冷却。由此，拉制熔炉和光纤冷却器之间的空间形成为尽可能地短(即，冷却器的长度增大)，或者，拉制熔炉和光纤冷却器之间的空间由洁净空气通过其流动的外壳等围绕。
然而，应指出的是在高速拉伸操作中，在光纤内发生细微振动。如果冷却长度增大而诸如氦冷却气缸的光纤冷却器设置在拉制熔炉和涂覆装置之间，且用于冷却的氦气通过其流动，光纤的振动(振幅)会增大。此外，振动也易于在光纤预型内发生，这会导致不期望的问题。当光纤预型的振动扩大时，在光纤固化点附近的环境温度中产生波动，从而光纤固化位置变得不稳定，导致光纤直径波动增大。此外，如已经发现的，在光纤固化时的残留畸变也增大，导致传输损失增大。此外，有时发生光纤破裂，使得迫不得已暂时中止操作。尤其是，在拉制如图2所示的大尺寸光纤预型时上述问题变得突出，所述大尺寸光纤预型外径不小于100mm，平行部分长度不小于1200mm，而包括支撑杆的总长度不小于2000mm。
发明内容
本发明是一种用于光纤拉制的方法，该方法包括：
利用如下的拉制装置，该装置中，用于自光纤预型热拉制的拉制熔炉出口与绞盘或滑轮之间的距离不小于14m，而垂直拉制的光纤在绞盘或滑轮处方向变化为朝向卷绕装置；
在拉制熔炉出口和布置于出口之下的光纤冷却器之间提供不小于1.5m的自然冷却空间，在该空间内，围绕光纤不会产生强制气流，从而使得光纤自然冷却；
通过光纤冷却器冷却光纤；以及
用树脂涂覆光纤。
本发明的其他和进一步的特征和优点将从以下关联附图的描述中更全面地理解。
附图说明
图1是示出用于本发明的方法中的拉制装置的示例的示意图；
图2是示出用在下述示例中的光纤预型的解释性视图；
图3是示出光纤冷却器长度和光纤振动(振幅)之间的关系的曲线；
图4是示出拉制时间和光纤振动(振幅)之间的光纤的曲线；
图5是示出传统拉制装置的示意图；
图6是示出光纤冷却器的示意图。
具体实施方式
根据本发明，提供了以下措施：
(1)一种用于光纤拉制的方法，该方法包括：
利用如下的拉制装置，在该装置中，用于自光纤预型热拉制的拉伸熔炉的出口与绞盘和滑轮之间的距离不小于14m，而垂直拉制的光纤在绞盘或滑轮处其方向改变为朝向卷绕装置；
在拉制熔炉的出口和布置在出口之下的光线冷却器之间设置不小于1.5m的自然冷却空间，在该空间内围绕光纤不产生强制气流，从而使得光纤自然冷却；
由光纤冷却器冷却光纤；以及
用树脂涂覆光纤；
(2)一种根据上述条目(1)的方法，其中，光纤预型的直径不小于100mm；以及
(3)一种根据上述条目(1)或(2)的方法，其中，拉制速率不低于20m/sec。
本发明人已经进行深入研究，解决了由上述传统方法所带来的问题。结果，本发明人已经研究了在如下的光纤预型上以20m/sec的速率进行拉制时，光纤冷却器(冷却氦流速：20slm)的长度和光纤振动(振幅)之间的关系，其中该光纤预型直径为125mm，平行部分长度为1500mm(总长度2400mm)，从而获得了如图3所示的结果。在相同条件下，本发明人研究了拉制时间和光纤振动(振幅)之间的关系，从而获得了如图4所示的结果。由这些结果，可以看出光纤冷却器越长，且其处于拉制操作越早，则光纤振动越大。在此，光纤振幅是通过借助于直接设置在拉制熔炉之下的激光外径测量装置探测光纤位置而得到的，从而确定了光纤的振幅。
此外，在这些关系和光纤冷却程度的基础上，已经确认由于上述传统方法带来的问题可以通过在自然冷却后进行强制冷却而予以解决，由此实现了本发明。
将参照图1和2详细描述本发明光纤拉制方法的优选实施例。图1是用于说明在本发明光纤拉制方法中使用的拉制装置的示例的示意图。与图5和图6中相同的部件由相同的附图标记标示。
图1示出一种高速拉制装置，其中，拉制熔炉3的出口6与绞盘或滑轮11之间的距离大约为14到20m。
该装置利用大尺寸光纤预型1，如图2所示。光纤预型1优选地具有100mm到350mm的直径，1500mm到2000mm的平行部分长度。直径更优选地是100到150mm。光纤预型1悬挂并插入到配备有加热器4的拉制熔炉3的马弗炉管5中，且其前端部以1900℃到2200℃被加热并软化，以用于拉制。优选地是，拉制以20m/sec到60m/sec，更优选地在20m/sec到30m/sec的速率下进行。
必须将通过拉制获得的光纤2冷却到可以树脂涂覆的温度，该温度在大约50℃到室温的范围内，这取决于用于涂覆的树脂。光纤2穿过自然冷却空间13和如图6所示的用于强制冷却的公知光纤冷却器8。光纤2可以在拉制熔炉的出口6和光纤冷却器8之间自然冷却。在此术语自然冷却意味着光纤2在其中围绕光纤2不产生强制气流的空间内通过自然的气体对流予以冷却。用于自然冷却的空间在光纤运行方向上必须具有不小于1.5m的长度。优选地是，该空间为长度2到4m的空间。如果这个空间的长度小于1.5m，那么用于强制冷却的光纤冷却器8必须相当长，从而不可能实现防止振动的效果。另一方面，光纤冷却器8过短的长度导致光纤暴露于大气中，这意味着发生令人担心的灰尘粘附等。
优选地是，自然冷却空间形成在适当结构的外壳14中。大约室温的洁净气体，如洁净的空气或氮气，通过外壳的侧表面引入外壳中，该外壳可以具有至少一个用于气体的入口，且按需要在入口处设置挡板。气体通过用于光纤通过的上部和下部开口引入和流出，或通过在侧表面按需要设置的排出口流出，从而防止产生导致光纤振动的强制气流。气体引入量大约为1.5m3/min到2m3/min。
为了光纤2的强制冷却，可以使用具有较大传热系数的氦。除此之外，可以与氦结合使用氮、氩等。气体的供应量基于涂覆直径、拉制速率等加以控制。从防止光纤振动的方面来看，供给量优选地为30升/分钟或更小。从防止光纤振动的方面来看，光纤冷却器8的长度优选地为4到6m。
通过拉制获得的光纤2的直径通过设置在拉制熔炉之下的外径测量装置7并利用激光测量。然后，监控拉制条件，并控制冷却气体量；同时，也探测光纤的位置，以便按需要确定光纤的振动(振幅)。
如上所述，经历自然冷却和强制冷却的光纤被冷却到足够低的温度。在拉制时的振动(振幅)一般为0.3mm到0.7mm，这大致与以中等速度拉制的情况相同。光纤直径的变动大致在±0.3μm的范围内，该范围是符合要求的。
冷却的光纤2的外周面用涂覆装置9涂覆树脂到预定厚度，且树脂由树脂固化装置10干燥并固化。当需要两层和更多层的涂层时，树脂涂覆是在通过冷却器冷却后进行的，然后树脂被干燥并固化。此后，所形成的光纤2由卷绕装置12通过绞盘或滑轮11卷绕到线架上。
如此获得的光纤2的传输损失得以测量。如下面所述的示例中，根据本发明的传输损失值在1.55μm不大于0.190dB/km，该数值是满足要求的。
根据本发明的方法，虽然光纤拉制是以高速利用大尺寸光纤预型实现，但是也有可能约束光纤振动和归因于此的预型振动的产生，且诸如光纤断裂的问题极少发生。此外，所要获得的光纤直径的变动大致在±0.3μm范围内，这被认为是稳定的；其传输损失在1.55μm不大于0.190dB/km那么小，由此可以以稳定方式进行拉制，从而提供高质量的光纤。
此外，根据本发明的方法，当大尺寸光纤预形高速拉制时，通过进行上述的光纤拉制，可以获得具有恒定光纤直径和较小传输损失的光纤，上述光纤拉制方法中光纤振动在稳定状态下非常小，从而稳定了光纤固化位置。
示例
下面，将参照特定示例详细描述本发明，本发明不应限制性地解释为这些示例；在不背离所附权利要求书限定的本发明范围内各种修改都是有可能的。
(示例1)
根据本发明，光纤拉制通过利用图1所示的拉制装置进行。在所使用的拉制装置中，拉制熔炉3的出口6与绞盘11之间测得的长度为18m，而在拉制熔炉3之下设置了超过3m的空间，且涂覆装置9和树脂固化装置10设置在长度为6m的光纤冷却器8之下，光纤冷却器8用于利用氦进行强制冷却。外径测量装置7和光纤冷却器8之间的空间由外壳14围绕，从而限定了长度为3m的自然冷却空间13，且室温的洁净空气引入外壳14中；挡板设置在用于洁净空气的入口处，以防止围绕光纤产生强制气流。
利用这种拉制装置，通过使用图2所示的光纤预型1以75gf的拉制张力和20m/sec的拉制速率进行拉制，该预型直径为125mm，平行部分长度1500mm(总长度为2400mm)。此时，用于冷却光纤的氦气的流速为15升/分钟，而在拉制熔炉3下方的光纤振动(振幅)最大为0.6mm。光纤直径的变动在符合要求的±0.2μm范围内，且所获得的光纤的传输损失在1.55μm为0.189dB/km。
以25m/sec的拉制速率，用于冷却光纤的氦气的流速为25升/分钟；在拉制熔炉3之下的光纤振动(振幅)最大为0.7mm那么大，而光纤直径的变动为±0.2μm，该范围是符合要求的。所获得的光纤的传输损失在1.55μm为0.190dB/km。
(示例2)
在示例1的拉制方法中，使用了如下的拉制装置，其中，拉制熔炉的出口6与滑轮11之间的长度为14m；在拉制熔炉3之下设置有超过1.5m的空间，并且涂覆装置9和树脂固化装置10设置在长度为6m的光纤冷却器8之下。外径测量装置7和光纤冷却器8之间的空间由外壳14围绕，从而限定了1.5m长度的自然冷却空间13，而室温的洁净空气引入外壳14中；在用于洁净空气的入口处设置有挡板，以防止围绕光纤产生强制气流。
利用这种拉伸装置，在如下的光纤预型1上以20m/sec的拉制速率进行拉制。与示例1类似，该光纤预型直径为125mm。此时，用于冷却光纤的氦气的流速为25升/分钟，而在拉制熔炉3之下的光纤的振动(振幅)最大为0.6mm。光纤直径的变动在符合要求的±0.2μm范围内，而所获得的光纤的传输损失在1.55μm为0.190dB/km。
(对比例1)
利用示例1的拉制装置，其中在拉制熔炉3之下设置1m的自然冷却空间13，且安装长度为8m的光纤冷却器8；拉制在与示例1类似的直径为125mm的光纤预型上进行。除此之外，该对比例与示例1相同。
在20m/sec的拉制速率下，用于冷却光纤8的氦气的流速为8升/分钟；在熔炉3之下光纤振动(振幅)最大为1.0mm那么大，而光纤直径的变动为±0.4μm。所获得的光纤的传输损失在1.55μm为0.193dB/km。
(对比例2)
利用示例2的拉制装置，其中在拉制熔炉3之下设置0.5m的自然冷却空间13，并安装长度为7m的光纤冷却器8；拉制是在与示例2类似的直径125mm的光纤预型1上进行。除了上面的之外，这个对比例与示例2相同。
在20m/sec的拉制速率下，用于冷却光纤的氦气的流速为15升/分钟；拉制熔炉3之下光纤振动(振幅)最大为0.8mm那么大，而光纤直径的变动为±0.4μm。所获得的光纤的传输损失在1.55μm为0.194dB/km。
已经联系各实施例描述了本发明，除非另外指明，意图在于本发明不局限于描述的任何细节，而是在所附权利要求书中所述的精髓和范围内广义地理解。

Claims (8)

1.一种用于光纤拉制的方法，该方法包括：
利用如下的拉制装置，在该装置中，用于自光纤预型热拉制的拉伸熔炉的出口与绞盘和滑轮之间的距离不小于14m，而垂直拉制的光纤在绞盘或滑轮处其方向改变为朝向卷绕装置；
在拉制熔炉的出口和布置在出口之下的光线冷却器之间设置不小于1.5m的自然冷却空间，在该空间内围绕光纤不产生强制气流，从而使得光纤自然冷却；
由光纤冷却器冷却光纤；以及
用树脂涂覆光纤。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，光纤预型的直径不小于100mm。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，拉制速率不低于20m/sec。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，拉制速率不低于20m/sec。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，自然冷却空间长度为2到4m。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，自然冷却空间形成在外壳中，该外壳在其一侧面上具有至少一个气体入口，并在入口处设置挡板。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，光纤预型直径为100到350mm。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，拉制速率为20m/sec到60m/sec。
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